KR20200107313A - 차량의 점화 시기 제어 장치 및 방법 - Google Patents

차량의 점화 시기 제어 장치 및 방법 Download PDF

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한정석
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Abstract

본 발명은 차량의 점화 시기 제어 장치 및 방법에 관한 발명으로서,서로 상이한 알고리즘에 근거하여, 요구 점화 동작 시간 및 요구 점화 종료 각도로부터 점화 시작 각도를 계산하는 복수의 점화 시작 각도 계산부를 구비하고, 각각의 점화 시작 각도 계산부에서 각각 계산한 점화 시작 각도에 근거한 점화 동작 시간과 실제 출력된 점화 동작 시간과의 오차를 계산하여, 오차가 더 작은 점화 시작 각도 계산부에서 계산한 점화 시작 각도에 근거하여 차후의 점화 시기를 확정하여 점화 제어를 수행하도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

차량의 점화 시기 제어 장치 및 방법{IGNITION TIMING CONTROLLING DEVICE FOR VEHICLE AND METHOD TEHREOF}
본 발명은 차량의 점화 시기 제어 장치 및 제어 방법에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 점화 시작 각도에 관한 오차를 줄여 정확한 점화 시기를 확정할 수 있는 차량의 점화 시기 제어 장치 및 제어 방법에 관한 발명이다.
통상적으로 점화 시기에 따라 엔진의 출력이 상이하기 때문에 최고의 출력을 얻기 위해서는 최적의 점화 시기에 따라 엔진 출력이 제어되도록 하여야 한다. 이를 위해서는 특허문헌 1에서 개시되어 있는 바와 같이, 요구 점화 시기에 맞추어 정확한 시점과 시간동안 점화가 이루어지는 것이 중요하다.
일반적으로 엔진의 점화의 경우 목표로 하는 엔진의 회전수 및 부하에 따라 요구되는 점화 종료 각도와 점화 동작 시간을 결정하고, 이 요구 점화 종료 각도와 요구 점화 동작 시간에 근거하여 점화 시작 각도를 계산하고, 계산된 점화 시작 각도에 맞추어 점화 플러그등을 작동시킴으로써 점화를 개시한다.
특허문헌 1: 등록특허 제10-0471225호 (2005.03.08.)
요구 점화 종료 각도로부터 점화 동작 시간을 이용하여 점화 시작 각도를 계산해 내기 위해서는 점화 동작 시간을 각도(동력의 출력축인 크랭크 샤프트의 회전 각도)의 값으로 환산한 뒤, 요구 점화 종료 각도로부터 점화 시작 각도를 산출한다. 종래의 경우, 이를 위해 ECU 내의 CPU 및 CPU와는 별도의 서브 모듈에서 각기 서로 상이한 알고리즘에 의거하여 점화 시작 각도를 계산해 낸 후, 서브 모듈에서 계산한 점화 시작 각도값이 CPU가 계산한 점화 시작 각도값의 소정 범위 내에 속하는 경우에는 서브 모듈의 계산값을 이용하여 점화 시작 각도를 확정하고, 서브 모듈에서 계산한 점화 시작 각도값이 CPU가 계산한 점화 시작 각도값의 소정 범위를 벗어나는 경우에는. CPU의 계산값을 사용하도록 하고 있다.
즉, 종래 기술에서는 CPU의 계산값은 단지 서브 모듈의 계산값에 대한 페일-세이프 체크의 기준으로서만 제공되기 때문에, 서브 모듈의 계산값이 유효 범위 내이면서, CPU의 계산값이 더 정확한 경우에도 무조건 서브 모듈의 계산값을 사용하도록 하고 있어, 점화 시작 각도의 오차가 발생하여 요구되는 시점에 점화가 이루어지지 못하는 경우가 있었다.
예컨대, 서브 모듈의 계산값이 CPU의 계산값의 ±6도 이내에 들어오면 유효하다고 판단하는 경우, 만약 이러한 상황에서 실제로는 CPU의 계산값이 정확하게 맞고 서브 모듈의 계산값이 틀린 것이었다면, 시작 각도에 있어서 최대 6도의 오차가 발생한 것이된다. 이 때 연료 점화의 관점에서 엔진이 1000RPM 정도로 회전하는 운전 상황이라고 가정하였을 때에 점화 동작 시간에 있어서 1ms의 오차가 발생 가능한 것이 되고, 엔진의 RPM이 높아질수록 이러한 오차 또한 증대되게 된다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 점화 시작 각도의 오차를 줄여 요구되는 점화 동작 시간 및 점화 종료 각도에 맞추어 점화가 정확하게 이루어질 수 있는 점화 시기 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서는, 종래 기술과는 달리, CPU의 계산값을 단지 페일 세이프 체크의 기준으로 사용하는 데 그치지 않고, 점화 구동부(Ignition Driver)의 자체 판단을 통해 CPU와 서브 모듈의 계산값 중 운전 상황별로 더 적합한 값을 가변적으로 선택할 수 있도록 구성하여, 종래 기술과 대비하여 연료 점화 시작 각도의 오차를 줄임으로써 최적화된 엔진 제어를 실현한다.
구체적으로는 상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 차량의 점화 시기 제어 장치는, 엔진의 회전수 및 부하에 따라 요구 점화 동작 시간(Ti) 및 요구 점화 종료 각도(Aend)를 계산하는 점화 ASW (Application Software) 모듈, 점화 ASW 모듈로부터 전달받은 요구 점화 동작 시간(Ti) 및 요구 점화 종료 각도에 근거하여 점화 시작 각도(Acpu)를 계산하는 제1 점화 시작 각도 계산부, 점화 ASW 모듈로부터 전달받은 요구 점화 동작 시간(Ti) 및 요구 점화 종료 각도에 근거하여, 제1 점화 시작 각도 계산부와 상이한 알고리즘에 의거하여 점화 시작 각도(Asub)를 계산하는 제2 점화 시작 각도 계산부, 제1 점화 시작 각도 계산부 및 제2 점화 시작 각도 계산부에서 각각 계산한 점화 시작 각도에 근거한 점화 동작 시간과 실제 출력된 점화 동작 시간과의 오차를 계산하고 오차가 더 작은 점화 시작 각도 계산부에서 계산한 점화 시작 각도에 근거하여 점화 시기를 확정하여 점화 제어를 수행하는 점화 구동부(Ignition Driver)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 제1 점화 시작 각도 계산부에서는, 현재 검출된 크랭크 투스(tooth)로부터 역방향으로 소정 크랭크 투스(tooth) 개수 만큼의 크랭크 투스(tooth) 각각의 치주기에 대해 그 평균값(Tmean)을 계산하고, 상기 요구 점화 작동 시간(Ti)을 상기 치주기의 평균값(Tmean)으로 나누어 상기 요구 점화 작동 시간(Ti)을 각도로 환산한 후, 상기 요구 점화 종료 각도(Aend)에서 상기 환산된 각도를 뺌으로써 점화 시작 각도(ACPU)를 계산한다.
바람직하게는, 제2 점화 시작 각도 계산부에서는, 각각의 크랭크 투스의 회전 시마다 측정된 최신의 크랭크 투스의 치주기를 이용하여 요구 점화 작동 시간(Ti)을 각도로 환산한 후, 요구 점화 whdfy 각도(Aend)에서 상기 환산된 각도를 뺌으로써 점화 시작 각도를 계산한다.
바람직하게는, 점화 구동부에서는, 직전에 계산된 점화 시작 각도에 근거하여 실제 점화가 수행된 시간(TO)과, 요구 점화 동작 시간(Ti)의 시간 오차를 각도의 오차(Y)로 환산하고, 각도의 오차(Y)의 절대값이, 제1 점화 시작 각도 계산부에서 계산한 점화 시작 각도(ACPU)와 제2 점화 시작 각도 계산부에서 계산한 점화 시작 각도(ASUB)의 차이(X)의 절대값보다 큰 경우, 현재 점화 시작 각도의 계산에 사용된 점화 시작 각도 계산부의 오차가 더 큰 것으로 판단하여 그 이후의 점화에는 그 전과는 상이한 점화 시작 각도 계산부에서 계산된 점화 시작 각도를 사용하도록 한다.
바람직하게는, 점화 구동부에서는, 실제 점화가 수행된 시간(TO)과, 요구 점화 동작 시간(Ti)의 시간 오차를, 제1 점화 시작 각도 계산부에서 사용한 치주기의 평균값(Tmean)으로 나누어 각도의 오차(Y)로 환산한다.
바람직하게는, 점화 구동부에서는, 각도의 오차값(Y)의 절대값이, 제1 점화 시작 각도 계산부에서 계산한 점화 시작 각도(ACPU)와 제2 점화 시작 각도 계산부에서 계산한 점화 시작 각도(ASUB)의 차이(X)의 절대값보다 작거나 같은 경우, 직전의 점화 시작 각도의 계산에 사용된 점화 시작 각도 계산부를 그 후의 점화에서도 그대로 사용하도록 한다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 차량의 점화 시기 제어 방법에서는, 엔진의 회전수 및 부하에 따라 요구 점화 동작 시간(Ti) 및 요구 점화 종료 각도(Aend)를 계산하는 단계; 요구 점화 동작 시간(Ti) 및 요구 점화 종료 각도(Aend)에 근거하여 제1 점화 시작 각도 계산부에서 점화 시작 각도(Acpu)를 계산하는 단계; 요구 점화 동작 시간(Ti) 및 요구 점화 종료 각도(Aend)에 근거하여 제2 점화 시작 각도 계산부에서 점화 시작 각도(Asub)를 계산하는 단계; 현재 사용하고 있는 점화 시작 각도 계산부에 의해 계산된 점화 시작 각도에 근거하여 점화시기를 확정하여 점화하는 단계: 제1 점화 시작 각도 계산부 및 제2 점화 시작 각도 계산부에서 각각 계산한 점화 시작 각도에 근거한 점화 동작 시간과 실제 출력된 점화 동작 시간과의 오차를 계산하여, 오차가 더 작은 점화 시작 각도 계산부를 판정하는 단계; 다음 점화 시에, 오차가 더 작은 것으로 판정된 점화 시작 각도 계산부에 의해 계산된 점화 시작 각도에 근거하여 점화시기를 확정하여, 점화 제어를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상술한 제1 점화 시작 각도 계산부에서 점화 각도를 계산하는 단계는 현재 검출된 크랭크 투스(tooth)로부터 역방향으로 소정 크랭크 투스(tooth) 개수 만큼의 크랭크 투스(tooth) 각각의 치주기에 대해 그 평균값(Tmean)을 계산하는 단계; 요구 점화 작동 시간(Ti)을 치주기의 평균값(Tmean)으로 나누어 요구 점화 작동 시간(Ti)을 각도로 환산하는 단계; 요구 점화 종료 각도(Aend)에서 환산된 각도를 뺌으로써 점화 시작 각도(Acpu)를 계산하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상술한 제2 점화 시작 각도 계산부에서 점화 각도를 계산하는 단계는 각각의 크랭크 투스의 회전 시마다 측정된 최신의 크랭크 투스의 치주기를 이용하여 요구 점화 작동 시간을 각도로 환산하는 단계; 요구 점화 각도(Aend)에서 환산된 각도를 뺌으로써 점화 시작 각도(Asub)를 계산하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상술한 오차가 더 작은 점화 시작 각도 계산부를 판정하는 단계에서는, 현재 계산된 점화 시작 각도에 근거하여 실제 점화가 수행된 시간(TO)과 요구 점화 동작 시간(Ti)의 시간 오차를 각도의 오차(Y)로 환산하는 단계; 제1 점화 시작 각도 계산부에서 계산한 점화 시작 각도(ACPU)와 제2 점화 시작 각도 계산부에서 계산한 점화 시작 각도(ASUB)의 차이(X)를 계산하는 단계; 각도의 오차(Y)의 절대값이, 제1 점화 시작 각도 계산부에서 계산한 점화 시작 각도(ACPU)와 제2 점화 시작 각도 계산부에서 계산한 점화 시작 각도(ASUB)의 차이(X)의 절대값보다 큰 경우, 현재 점화 시작 각도의 계산에 사용된 점화 시작 각도 계산부의 오차가 더 큰 것으로 판정하고, 각도의 오차(Y)의 절대값이, 제1 점화 시작 각도 계산부에서 계산한 점화 시작 각도(ACPU)와 상기 제2 점화 시작 각도 계산부에서 계산한 점화 시작 각도(ASUB)의 차이(X)의 절대값보다 작거나 같은 경우, 현재 점화 시작 각도의 계산에 사용된 점화 시작 각도 계산부의 오차가 더 작은 것으로 판정한다.
바람직하게는 상술한 시간 오차를 각도의 오차(Y)로 환산하는 단계에서는, 현재 계산된 점화 시작 각도에 근거하여 실제 점화가 수행된 시간(TO)과, 요구 점화 동작 시간(Ti)의 시간 오차를, 제1 점화 시작 각도 계산부에서 사용한 치주기의 평균값(Tmean)으로 나누어 각도의 오차(Y)로 환산한다.
바람직하게는, 상술한 제2 점화 시작 각도 계산부에서 점화 각도를 계산하는 단계는, 최신으로 계산한 점화 시작 각도를 기준으로 소정의 크랭크 투스의 개수 만큼 전의 크랭크 투스에 이르기까지, 매 크랭크 투스마다 점화 시작 각도의 계산이 반복하여 이루어지고, 해당 크랭크 투스에 이르게 되면 가장 마지막으로 계산된 점화 시작 각도를 제2 점화 시작 각도에 근거하여 계산된 점화 시작 각도로 확정한다.
본 발명에 따른 점화 시기 제어 장치 및 제어 방법에서는, 복수의 점화 시작 각도 계산 알고리즘 중, 매 점화마다 현 운전 조건에 더 적합한 점화 시작 각도 계산 알고리즘을 내부에서 자체적으로 판정하고, 판정 결과를 다음 점화에 반영함으로써, 점화 시작 각도에 대한 계산의 정확도를 높일 수 있다. 이를 통해, 요구 연료 점화 시점과 동작 시간을 최대한 준수하여 엔진의 최적화된 제어를 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 점화 시기 제어 장치를 포함한 엔진 제어기의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 점화 시기 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 요구 점화동작시간과, 제2 점화시작각도 계산부(서브 모듈)에서 계산한 점화 시작 각도에 근거한 실제 점화동작시간 사이의 오차를 나타내는 도면이다.
도 4는 제2 점화시작각도계산부에서 계산한 점화시작각도에 근거하여 점화를 수행하였을 때, 제2 점화시작각도 계산부의 오차가 제1 점화시작각도 계산부(CPU)의 오차보다 작은 경우를 나타내는 도면이다.
도 5는 제2 점화시작각도계산부에서 계산한 점화시작각도에 근거하여 점화를 수행하였을 때, 제1 점화시작각도 계산부의 오차가 제2 점화시작각도 계산부의 오차보다 작은 경우를 나타내는 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 점화 시기 제어 장치를 포함한 엔진 제어기의 구성을 나타내는 블럭도이다.
ECU(Engine Control Unit)(100)은 CPU(101)와 서브 모듈(102)을 구비한다.
CPU(101)는 엔진위치관리 구동부(Engine Position Management Driver, 이하 'EPM 드라이버'라고 한다)(300), 점화 어플리케이션 소프트웨이 모듈(Ingnition Application Software Module, 이하 'IGN ASW 모듈'라고 한다)(200), 제1 점화시작각도 계산부(110) 및 점화 구동부(Ignition Driver, 이하 'IGN 드라이버'라고 한다)(400)를 포함한다.
EPM 드라이버(300)는 크랭크 위치와 캠 위치를 확정하여 엔진 동기화를 처리하는 모듈로서, 크랭크 센서신호 처리부(310), 캠신호 처리부(320) 및 엔진 동기화 처리부(330)를 구비한다.
크랭크센서신호 처리부(310)는 크랭크 샤프트 포지션 센서로부터 크랭크 샤프트의 위치를 검출하여 크랭크 샤프트 동기화를 처리한다. 크랭크 샤프트 포지션 센서는 크랭크 샤프트에 동축으로 구비된 센서 휠의 근방에 배치된다. 센서 휠에는 그 외주를 따라 다수의 크랭크 투스가 설치되어 있다. 크랭크 샤프트 포지션 센서는 요철 형상의 크랭크 투스를 감지하여 크랭크 샤프트의 회전 각도 및 회전수를 검출하고, 그 결과를 펄스 형태의 크랭크 신호로서 크랭크센서신호 처리부(310)로 출력한다. 이때, 센서 휠에는 원주 방향 전체에 걸쳐 투스가 형성되지는 않고 그 일부에 투스가 누락되어 있는 데, 크랭크센서신호 처리부(310)에서는 이 부분을 미싱 투스로 판단하고, 해당 위치를 기반으로 크랭크 위치를 판정한다.
캠신호 처리부(320)는 캠 포지션 센서의 캠 신호로부터 캠의 위치를 검출하여 캠 동기화를 처리한다. 캠 센서는 흡기 밸브 및 배기 밸브의 캠의 캠 샤프트의 회전 시에 캠 에지(edge)를 감지하고, 이를 하이 레벨(H)과 로우 레벨(L) 사이에서 전압 위상이 반전되는 펄스 형태의 캠 신호로서 캠신호 처리부(320)로 출력하게 된다. 여기서, 캠은 연소실에 마련된 흡기 밸브 및 배기 밸브를 개폐하기 위한 것으로서 캠 축은 크랭크 샤프트와 동기하여 회전한다.
엔진 동기화 처리부(330)는 크랭크신호 처리부(310)와 캠신호 처리부(320)에서의 캠 동기화 처리 결과 및 크랭크 샤프트 동기화 처리 결과를 이용하여 정확한 엔진의 각 실린더에서의 피스톤의 위치를 계산 및 판정(엔진 동기화)한다. 이 판정이 이루어진 시점을 동기화 시점이라고 한다.
IGN ASW 모듈(200)은 요구 점화종료각도와 요구 점화동작시간을 산출하는 모듈로서, 점화종료각도 계산부(210)와 점화동작시간 계산부(220)를 포함한다. 엔진 동기화 처리부(330)에서 엔진 동기화가 이루어지면, 엔진 동기화 결과에 따라 각 실린더의 연료 분사 시점 및 연료 점화 시점을 정하는 엔진 동기화 제어를, 엔진 1사이클 동안 실린더 개수만큼 수행하게 되는데, 이 때,점화종료각도 계산부(210)에서는 요구되는 엔진의 회전수 및 부하에 기초하여 요구 점화종료각도(Aend)를 계산하고, 점화동작시간 계산부(220)에서는 요구되는 엔진의 회전수 및 부하에 기초하여 요구 점화동작시간(Ti)을 계산한다. IGN ASW 모듈(200)에서는 점화시작각도의 계산을 위해, 계산된 요구 점화동작시간(Ti) 및 요구 점화종료각도(Aend)를 제1 점화시작각도 계산부(110), 제2 점화시작각도 계산부(120) 및 IGN 드라이버(300)에 각각 전달한다.
제1 점화시작각도 계산부(110)에서는 소정의 알고리즘에 의거하여,IGN ASW 모듈(200)로부터 전달받은 요구 점화동작시간(Ti) 및 요구 점화종료각도(Aend)를 이용하여 점화시작각도(Acpu)를 계산한다. 바람직한 예로서는, 이하와 같은 방법에 의해 점화시작각도(Acpu)를 계산한다.
먼저, 제1 점화시작각도 계산부(110)에서는 EPM 구동부(300)에서 매 크랭크 투스의 회전마다 버퍼에 저장해둔 각 크랭크 투스의 치주기(크랭크 샤프트 포지션 센서로부터 생성되는 펄스 신호의 폴링 에지와 그 다음 폴링 에지 사이의 시간) 중 가장 최신의 크랭크 투스와 그 최신의 크랭크 투스로부터 역방향으로 소정의 크랭크 투스 개수(n) 만큼의 크랭크 투스 각각의 치주기(T1, T2, T3…Tn)를 읽어와서 해당 개수(n)의 크랭크 투스의 치주기의 평균값(Tmean)을 이하의 식(1)과 같이 계산한다.
Figure pat00001
...식(1)
그리고, IGN ASW 모듈(200)로부터 전달받은 요구 점화 작동 시간(Ti)을 상기 치주기의 평균값(Tmean)으로 나누어 요구 점화 작동 시간(Ti)에 해당하는 크랭크 투스의 개수(Ni)를 산출한다.
Figure pat00002
...식(2)
한편, 크랭크 투스 1개당 크랭크 각도(D°)는 차량 설계 시 미리 정해진 값으로서, 통상으로는 6°이다. 이 크랭크 투스 1개당 크랭크 각도(D°)를 위 식(2)에서 산출된 크랭크 투스의 개수(Ni)와 곱하면, 요구동작시간(Ti)을 그에 대응하는 각도의 값(Di°)로 환산할 수 있다.
Figure pat00003
...식(3)
그리고, 요구 점화종료각도(Aend)에서 상기 식(3)에서 환산된 각도의 값(Di°)을 뺌으로써 제1 점화시작각도 계산부(110)에 의한 점화시작각도(Acpu)를 계산할 수 있다.
Figure pat00004
...식(4)
제2 점화시작각도 계산부(120)에서는 상기한 제1 점화시작각도 계산부(110)와는 상이한 알고리즘에 의해, IGN ASW 모듈(200)로부터 전달받은 요구 점화동작시간(Ti) 및 요구 점화종료각도(Aend)로부터 점화시작각도(Asub)를 계산한다.
예컨대, 제2 점화시작각도 계산부(120)에서는 상기 식(2)에서 크랭크 투스 1개당 크랭크 각도(D°)를 계산하기 위해 크랭크 투스의 치주기의 평균값(Tmean)을 사용하고 있다. 이에 대해 제2 점화시작각도 계산부(120)에서는 크랭크 투스가 검출될 때마다 개개의 크랭크 투스의 치주기로 요구동작시간(Ti)을 나누고, 그 값을 상기한 식(3)에 대입함으로써 매 크랭크 투스마다 점화시작각도(Asub)를 계산해 낸다. 그리고, 그렇게 산출된 가장 최신의 점화시작각도(Asub)로부터 소정의 개수의 크랭크 투스, 예컨대 3개의 크랭크 투스(각도로 환산하면 18°) 전까지 위 점화시작각도(Asub)의 계산을 반복하고, 이 시점이 지나면 마지막 계산각도를 최종값으로 확정하고, 이 값을 IGN 드라이버(400)로 전송한다.
IGN 드라이버(400)는 점화시작각도 설정부(410), 점화시간 설정부(420) 및 점화시간 오차 모니터링부(430)를 포함하며, 점화시작각도를 최종 확정하고, 확정된 점화시작각도에 근거하여 점화가 이루어질 수 있도록 점화 장치를 제어한다.
점화시작각도 설정부(410)에서는, 후술하는 점화시간 오차 모니터링부(430)의 판정 결과에 근거하여 실제 점화를 실시할 점화시작각도를 설정한다. 한편, 연료 점화에 있어서는 점화종료각도의 우선순위가 점화동작순위의 우선순위보다 높기 때문에, 점화시간 설정부(420)에서는, 확정된 점화시작각도와 요구 점화종료각도(Aend)에 근거하여 실제 점화가 동작할 시간을 설정한다. 그리고, 설정된 점화시작각도에서 설정된 점화동작시간 동안 점화가 이루어질 수 있도록 점화 장치가 제어된다.
점화시간 오차 모니터링부(430)에서는 제1 점화시작각도 계산부(110)와 제2 점화시작각도 계산부(120) 중 오차가 더 작은 점화시작각도 계산부를 판정한다. 구체적으로는 현재 계산된 점화 시작 각도에 근거하여 실제 점화가 수행된 시간(TO)과 요구점화동작 시간(Ti)의 각도의 오차(Y)를, 제1 점화 시작 각도 계산부에서 계산한 점화 시작 각도(ACPU)와 제2 점화 시작 각도 계산부에서 계산한 점화 시작 각도(ASUB)의 차이(X)와 대비하여 판정한다.
구체적으로는 제1 점화시작각도 계산부(110)와 제2 점화시작각도 계산부(120) 중 현재 시점의 점화에 사용된 점화시작각도 계산부에 근거하여 실제 점화가 수행된 시간(TO)과 요구점화동작 시간(Ti)의 시간 오차(Tdiff)를 계산한다. 최초 점화시 사용될 점화시작각도는 소정의 기준에 따라 정해져도 되고 2개의 점화시작각도 계산부 중 어느 하나를 랜덤하게 선택하여도 된다. 단, 그 이후의 점화에 사용될 점화시작각도 계산부는 후술하는 방법에 의해 선택된다.
Figure pat00005
...식(5)
그리고, 식(5)에서 구해진 실제 점화가 수행된 시간(TO)과 요구점화동작 시간(Ti)의 시간 오차(Tdiff)를 식(6)을 이용하여 그 만큼의 크랭크 투스의 개수(Ndiff)로 환산한다. 이때, 바람직하게는 시간 오차(Tdiff)를 나누는 분모에는 상기 제1 점화시작각도 계산부(110)에서 계산된 치주기의 평균값(Tmean)이 사용될 수 있다.
Figure pat00006
...식(6)
다음 식(6)에 의해 구해진 크랭크 투스의 개수(Ndiff)를 식(7)에 의해 각도의 오차(Y)로 환산한다.
Figure pat00007
...식(7)
그리고, 점화시간 오차 모니터링부(430)에서는 제1 점화 시작 각도 계산부에서 계산한 점화 시작 각도(ACPU)와 제2 점화 시작 각도 계산부에서 계산한 점화 시작 각도(ASUB)의 차이(X)를 하기의 식(8)에 의해 계산한다.
Figure pat00008
...식(8)
그리고 점화시간 오차 모니터링부(430)에서는 식(7)에서 계산한 Y값의 절대값과 식(8)에서 계산한 X값의 절대값의 크기를 대비하여, Y값의 절대값이 X값의 절대값보다 큰 경우에는 현재 사용 중인 점화시작각도 계산부의 오차가 더 큰 것으로 판정하여, 이후 점화에서는 그와는 다른 점화시작각도 계산부의 계산 결과에 근거하여, 점화시작각도 설정부(410)에서는, 실제 점화를 실시할 점화시작각도를 설정하고, 점화시간 설정부(420)에서는 실제 점화가 동작할 시간을 설정하도록 한다.
한편, 점화시간 오차 모니터링부(430)에서는 식(7)에서 계산한 Y값의 절대값과 식(8)에서 계산한 X값의 절대값의 크기를 대비하여, Y값의 절대값이 X값의 절대값보다 작거나 같은 경우에는 현재 사용 중인 점화시작각도 계산부의 오차가 더 작은것으로 판정하여, 이후 점화에서도 동일한 점화시작각도 계산부의 계산 결과에 근거하여, 점화시작각도 설정부(410)에서는, 실제 점화를 실시할 점화시작각도를 설정하고, 점화시간 설정부(420)에서는 실제 점화가 동작할 시간을 설정하도록 한다.
도 3에서는 현재 제2 점화시작각도 계산부(서브모듈)(120)에서 계산된 점화시작각도를 이용하여 점화를 실시한 경우의 실제 점화시작각도(ASUB) 및 그에 따라 실제 점화가 동작한 시간(To)를, IGN ASW 모듈(200)에서 계산한 요구 점화종료각도(Aend) 및 점화동작시간(Ti)와 비교하고 그 각도 오차(Y)를 표시하였다. 전술한 바와 같이, 연료 점화에 있어서는 점화종료각도의 우선순위가 점화동작순위의 우선순위보다 높기 때문에, 점화종료각도에는 명령 대비 오차가 발생하지 않으나, 점화시작각도의 오차에 의해 점화동작시간에 오차(Y)가 발생한다.
도 4에서는 도 3에서 도시된 점화가 수행된 경우, 제1 점화시작각도 계산부(CPU)(110)의 계산값과 제2 점화시작각도 계산부(서브모듈)(120)의 계산값의 오차(X)가 도 3에 도시된 오차(Y) 보다 큰 경우를 도시하고 있다. 도 4와 같은 경우, 점화시간 오차 모니터링부(430)에서는 현재 점화에 사용된 점화시작각도 계산부, 즉 본 예에서는 제2 점화시작각도 계산부(120)의 계산 결과의 오차가 더 큰 것으로 판정하여, 이후의 점화 시에는 제1 점화시작각도 계산부(110)에서 계산된 점화시작각도에 근거하여 점화가 수행되도록 한다. 이러한 변경은, 현재 시점의 운전 환경이 적어도 다음 점화까지는 유지될 것이라는 가정에 의한 것이다. 통상의 운전 조건이라고 할 수 있는 2000RPM 에서, 1개의 기통에 대한 매 점화의 간격은 약 60ms 정도 인데, 통상적인 경우에 운전 조건 및 운전자의 주행 모드 변환은 이 정도로 빠르게 변화하지 않기 때문에, 위의 가정은 성립 가능하다.
도 4와는 달리 도 5에서는 도 3에서 도시된 점화가 수행된 경우, 제1 점화시작각도 계산부(CPU)(110)의 계산값과 제2 점화시작각도 계산부(서브모듈)(120)의 계산값의 오차(X)가 도 3에 도시된 오차(Y) 보다 작은 경우를 도시하고 있다. 도 5와 같은 경우, 점화시간 오차 모니터링부(430)에서는 현재 점화에 사용된 점화시작각도 계산부, 즉 본 예에서는 제2 점화시작각도 계산부(120)의 계산 결과의 오차가 더 작은 것으로 판정하여, 이후의 점화 시에도 그대로 제2 점화시작각도 계산부(120)에서 계산된 점화시작각도에 근거하여 점화가 수행되도록 한다.
도 2는, 도 1에서 도시된 점화 시기 제어 장치를 이용한 점화 시기 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2에서 도시된 바와 같이, ECU(100)의 EPM 드라이버(300)에서는 크랭크센서 신호처리부(310)와 캠센서 신호처리부(320)를 이용하여 크랭크 신호와 캠 신호를 처리함으로써, 크랭크 위치 및 캠 위치에 관한 동기화 처리를 한다(S10).
그리고, 크랭크센서 신호처리부(310)의 엔진 동기화 처리부(330)에서는 단계 S10에서의 크랭크 위치 및 캠 위치에 관한 동기화 결과를 이용하여, 각 실린더에서의 피스톤 위치를 판정한다(S11).
각 실린더에서의 피스톤 위치가 판정되면, 판정 결과에 근거하여 연료 분사 및 연료의 점화가 이루어지도록 하는 동기화 제어가 시작된다(S12).
동기화 제어가 시작되면, IGN ASW 모듈(200)에서는 요구되는 엔진의 회전수 및 부하에 따라 필요한 요구 점화종료각도(Aend) 및 요구 점화동작시간(To)을 계산(S13)하고 이 값을 제1 점화시작각도 계산부(110), 제2 점화시작각도 계산부(120) 및 IGN 드라이버(400)에 전송한다. 이 값은 미리 정해진 맵에 근거하여 도출될 수 있다.
제1 점화시작각도 계산부(110)에서는 IGN ASW 모듈(200)로부터 요구 점화종료각도(Aend) 및 요구 점화동작시간(To)을 전송받아 전술한 방법에 의해 점화시작각도(Acpu)를 계산한다.
제2 점화시작각도 계산부(120)에서는 IGN ASW 모듈(200)로부터 요구 점화종료각도(Aend) 및 요구 점화동작시간(To)을 전송받아, 제1 점화시작각도 계산부(110)와는 상이한 알고리즘에 의해 점화시작각도(Acpu)를 계산한다.
그리고 제1 점화시작각도 계산부(110)와 제2 점화시작각도 계산부(120) 중 어느 하나로부터의 계산값에 의해 점화가 이루어진다. 전술한 바와 같이, 최초 점화 이후의 점화에 사용될 점화시작각도 계산부는 하기와 같이 IGN 구동부(400)에서의 판정 결과에 따라 정해지지만, 최초의 점화의 경우 미리 정해진 조건 또는 임의의 선택에 의해 점화시작각도 계산부를 결정하고 그에 따라 점화가 이루어진다(S16).
만약 현재 제1 점화각도계산부(110)의 계산 결과에 따라 점화가 이루어진 경우(S17), IGN 드라이버(400)의 점화시간 오차 모니터링부(430)에서는 제1 점화시작각도 계산부(110)에 의해 단계 S14에서 계산된 점화시작각도(Acpu)에 근거하여 실제 점화가 이루어진 점화동작시간(To)과, IGN ASW 모듈(200)에서의 요구 점화동작시간(Ti)의 각도의 오차(Y)를 계산한다(S19).
그리고, IGN 드라이버(400)의 점화시간 오차 모니터링부(430)에서는 앞서 단계 S14에서 제1 점화시작각도 계산부(110)에 의해 계산된 점화시작각도(Acpu)와 단계 S15에서 제2 점화시작각도 계산부(120)에 의해 계산된 점화시작각도(Acub)의 차이값(X)를 계산한다(S21).
그리고, IGN 드라이버(400)의 점화시간 오차 모니터링부(430)에서는 Y값의 절대값과 X값의 절대값을 대비(S23)하여, Y값의 절대값이 X값의 절대값보다 큰 경우에는 현재 사용 중인 제1 점화시작각도 계산부(110)의 오차가 더 큰것으로 판정하여, 이후 점화에서는 그와는 다른 제2 점화시작각도 계산부(120)의 계산 결과에 근거하여 점화가 수행되도록 한다(S25).
그리고, IGN 드라이버(400)의 점화시간 오차 모니터링부(430)에서는 Y값의 절대값과 X값의 절대값을 대비(S23)하여, Y값의 절대값이 X값의 절대값보다 작거나 같은 경우에는 현재 사용 중인 제1 점화시작각도 계산부(110)의 오차가 더 작은 것으로 판정하여, 이후 점화에서도 제1 점화시작각도 계산부(110)를 사용한 계산 결과를 사용하여 점화가 수행되도록 한다(S26).
한편, 현재 제2 점화각도계산부(120)의 계산 결과에 따라 점화가 이루어진 경우(S18), IGN 드라이버(400)의 점화시간 오차 모니터링부(430)에서는 제2 점화시작각도 계산부(120)에 의해 단계 S15에서 계산된 점화시작각도(Asub)에 근거하여 실제 점화가 이루어진 점화동작시간(To)과, IGN ASW 모듈(200)에서 계산된 요구 점화동작시간(Ti)의 각도의 오차(Y)를 계산한다(S20).
그리고, IGN 드라이버(400)의 점화시간 오차 모니터링부(430)에서는 앞서 단계 S14에서 제1 점화시작각도 계산부(110)에 의해 계산된 점화시작각도(Acpu)와 단계 S15에서 제2 점화시작각도 계산부(120)에 의해 계산된 점화시작각도(Acub)의 차이값(X)를 계산한다(S22).
그리고, IGN 드라이버(400)의 점화시간 오차 모니터링부(430)에서는 Y값의 절대값과 X값의 절대값을 대비(S24)하여, Y값의 절대값이 X값의 절대값보다 큰 경우에는 현재 사용 중인 제2 점화시작각도 계산부(120)의 오차가 더 큰것으로 판정하여, 이후 점화에서는 그와는 다른 제1 점화시작각도 계산부(110)의 계산 결과에 근거하여 점화가 수행되도록 한다(S27).
그리고, IGN 드라이버(400)의 점화시간 오차 모니터링부(430)에서는 Y값의 절대값과 X값의 절대값을 대비(S24)하여, Y값의 절대값이 X값의 절대값보다 작거나 같은 경우에는 현재 사용 중인 제2 점화시작각도 계산부(120)의 오차가 더 작은 것으로 판정하여, 이후 점화에서도 제2 점화시작각도 계산부(120)를 사용한 계산 결과를 사용하여 점화가 수행되도록 한다(S28).
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 점화 시기 제어 장치 및 제어 방법에서는, 복수의 점화 시작 각도 계산 알고리즘 중, 매 점화마다 현 운전 조건에 더 적합한 점화 시작 각도 계산 알고리즘을 내부에서 자체적으로 판정하고, 판정 결과를 다음 점화에 반영하고 있기 때문에, 점화 시작 각도에 대한 계산의 정확도를 높일 수 있다. 이를 통해, 요구 연료 점화 시점과 동작 시간을 최대한 준수하여 엔진의 최적화된 제어를 실현할 수 있다.
100: ECU 101: CPU
102: 서브모듈 110: 제1 점화시작각도 계산부
120: 제2 점화시작각도 계산부
200: 점화 어플리케이션 소프트웨어(IGN ASW) 모듈
210: 점화종료각도 계산부 220: 점화동작시간 계산부
300: 엔진위치관리 구동부(EPM Driver) 310: 크랭크 센서신호 처리부
320: 캠신호 처리부 300: 엔진 동기화 처리부
400: 점화 구동부(IGN Driver) 410: 점화시작각도 설정부
420: 점화시간 설정부 430: 점화시간 오차 모니터링부

Claims (12)

  1. 엔진의 회전수 및 부하에 따라 요구 점화 동작 시간(Ti) 및 요구 점화 종료 각도(Aend)를 계산하는 점화 ASW (Application Software) 모듈,
    상기 점화 ASW 모듈로부터 전달받은 상기 요구 점화 동작 시간(Ti) 및 상기 요구 점화 종료 각도에 근거하여 점화 시작 각도(Acpu)를 계산하는 제1 점화 시작 각도 계산부,
    상기 점화 ASW 모듈로부터 전달받은 상기 요구 점화 동작 시간(Ti) 및 상기 요구 점화 종료 각도에 근거하여, 상기 제1 점화 시작 각도 계산부와 상이한 알고리즘에 의거하여 점화 시작 각도(Asub)를 계산하는 제2 점화 시작 각도 계산부,
    상기 제1 점화 시작 각도 계산부 및 상기 제2 점화 시작 각도 계산부에서 각각 계산한 점화 시작 각도에 근거한 점화 동작 시간과 실제 출력된 점화 동작 시간과의 오차를 계산하고 오차가 더 작은 점화 시작 각도 계산부에서 계산한 점화 시작 각도에 근거하여 점화 시기를 확정하여 점화 제어를 수행하는 점화 구동부(Ignition Driver)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 점화 시기 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 점화 시작 각도 계산부에서는,
    현재 검출된 크랭크 투스(tooth)로부터 역방향으로 소정 크랭크 투스(tooth) 개수 만큼의 크랭크 투스(tooth) 각각의 치주기에 대해 그 평균값(Tmean)을 계산하고, 상기 요구 점화 작동 시간(Ti)을 상기 치주기의 평균값(Tmean)으로 나누어 상기 요구 점화 작동 시간(Ti)을 각도로 환산한 후, 상기 요구 점화 종료 각도(Aend)에서 상기 환산된 각도를 뺌으로써 점화 시작 각도(ACPU)를 계산하는 것을 특징으로 하는 차량의 점화 시기 제어 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 점화 시작 각도 계산부에서는,
    각각의 크랭크 투스의 회전 시마다 측정된 최신의 크랭크 투스의 치주기를 이용하여 상기 요구 점화 작동 시간(Ti)을 각도로 환산한 후, 상기 요구 점화 종료 각도(Aend)에서 상기 환산된 각도를 뺌으로써 점화 시작 각도를 계산하는 것을 특징으로 하는 차량의 점화 시기 제어 장치.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 점화 구동부에서는,
    직전에 계산된 점화 시작 각도에 근거하여 실제 점화가 수행된 시간(TO)과, 상기 요구 점화 동작 시간(Ti)의 시간 오차를 각도의 오차(Y)로 환산하고,
    상기 각도의 오차(Y)의 절대값이, 상기 제1 점화 시작 각도 계산부에서 계산한 점화 시작 각도(ACPU)와 상기 제2 점화 시작 각도 계산부에서 계산한 점화 시작 각도(ASUB)의 차이(X)의 절대값보다 큰 경우, 현재 점화 시작 각도의 계산에 사용된 점화 시작 각도 계산부의 오차가 더 큰 것으로 판단하여 그 이후의 점화에는 그 전과는 상이한 점화 시작 각도 계산부에서 계산된 점화 시작 각도를 사용하도록 하는 것을 특징으로 하는 점화 시기 제어 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 점화 구동부에서는,
    실제 점화가 수행된 시간(TO)과, 상기 요구 점화 동작 시간(Ti)의 상기 시간 오차를, 상기 제1 점화 시작 각도 계산부에서 사용한 치주기의 평균값(Tmean)으로 나누어 각도의 오차(Y)로 환산하는 것을 특징으로 하는 점화 시기 제어 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 점화 구동부에서는,
    상기 각도의 오차값(Y)의 절대값이, 상기 제1 점화 시작 각도 계산부에서 계산한 점화 시작 각도(ACPU)와 상기 제2 점화 시작 각도 계산부에서 계산한 점화 시작 각도(ASUB)의 차이(X)의 절대값보다 작거나 같은 경우, 직전의 점화 시작 각도의 계산에 사용된 점화 시작 각도 계산부를 그 후의 점화에서도 그대로 사용하도록 하는 것을 특징으로 하는 점화 시기 제어 장치.
  7. 엔진의 회전수 및 부하에 따라 요구 점화 동작 시간(Ti) 및 요구 점화 종료 각도(Aend)를 계산하는 단계;
    상기 요구 점화 동작 시간(Ti) 및 상기 요구 점화 종료 각도(Aend)에 근거하여 제1 점화 시작 각도 계산부에서 점화 시작 각도(Acpu)를 계산하는 단계;
    상기 요구 점화 동작 시간(Ti) 및 상기 요구 점화 종료 각도(Aend)에 근거하여 제2 점화 시작 각도 계산부에서 점화 시작 각도(Asub)를 계산하는 단계;
    현재 사용하고 있는 점화 시작 각도 계산부에 의해 계산된 점화 시작 각도에 근거하여 점화시기를 확정하여 점화하는 단계:
    상기 제1 점화 시작 각도 계산부 및 상기 제2 점화 시작 각도 계산부에서 각각 계산한 점화 시작 각도에 근거한 점화 동작 시간과 실제 출력된 점화 동작 시간과의 오차를 계산하여, 오차가 더 작은 점화 시작 각도 계산부를 판정하는 단계;
    다음 점화 시에, 오차가 더 작은 것으로 판정된 점화 시작 각도 계산부에 의해 계산된 점화 시작 각도에 근거하여 점화시기를 확정하여, 점화 제어를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 점화 시기 제어 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 점화 시작 각도 계산부에서 점화 각도를 계산하는 단계는
    현재 검출된 크랭크 투스(tooth)로부터 역방향으로 소정 크랭크 투스(tooth) 개수 만큼의 크랭크 투스(tooth) 각각의 치주기에 대해 그 평균값(Tmean)을 계산하는 단계;
    상기 요구 점화 작동 시간(Ti)을 상기 치주기의 평균값(Tmean)으로 나누어 상기 요구 점화 작동 시간(Ti)을 각도로 환산하는 단계;
    상기 요구 점화 종료 각도(Aend)에서 상기 환산된 각도를 뺌으로써 점화 시작 각도(Acpu)를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 점화 시기 제어 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 점화 시작 각도 계산부에서 점화 각도를 계산하는 단계는
    각각의 크랭크 투스의 회전 시마다 측정된 최신의 크랭크 투스의 치주기를 이용하여 상기 요구 점화 작동 시간을 각도로 환산하는 단계;
    상기 요구 점화 각도(Aend)에서 상기 환산된 각도를 뺌으로써 점화 시작 각도(Asub)를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 점화 시기 제어 방법.
  10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 오차가 더 작은 점화 시작 각도 계산부를 판정하는 단계에서는,
    현재 계산된 점화 시작 각도에 근거하여 실제 점화가 수행된 시간(TO)과 상기 요구 점화 동작 시간(Ti)의 시간 오차를 각도의 오차(Y)로 환산하는 단계;
    제1 점화 시작 각도 계산부에서 계산한 점화 시작 각도(ACPU)와 상기 제2 점화 시작 각도 계산부에서 계산한 점화 시작 각도(ASUB)의 차이(X)를 계산하는 단계;
    상기 각도의 오차(Y)의 절대값이, 상기 제1 점화 시작 각도 계산부에서 계산한 점화 시작 각도(ACPU)와 상기 제2 점화 시작 각도 계산부에서 계산한 점화 시작 각도(ASUB)의 차이(X)의 절대값보다 큰 경우, 현재 점화 시작 각도의 계산에 사용된 점화 시작 각도 계산부의 오차가 더 큰 것으로 판정하고,
    상기 각도의 오차(Y)의 절대값이, 상기 제1 점화 시작 각도 계산부에서 계산한 점화 시작 각도(ACPU)와 상기 제2 점화 시작 각도 계산부에서 계산한 점화 시작 각도(ASUB)의 차이(X)의 절대값보다 작거나 같은 경우, 현재 점화 시작 각도의 계산에 사용된 점화 시작 각도 계산부의 오차가 더 작은 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 점화시기 제어 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 시간 오차를 각도의 오차(Y)로 환산하는 단계에서는,
    현재 계산된 점화 시작 각도에 근거하여 실제 점화가 수행된 시간(TO)과, 상기 요구 점화 동작 시간(Ti)의 상기 시간 오차를, 상기 제1 점화 시작 각도 계산부에서 사용한 치주기의 평균값(Tmean)으로 나누어 각도의 오차(Y)로 환산하는 것을 특징으로 하는 점화 시기 제어 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 점화 시작 각도 계산부에서 점화 각도를 계산하는 단계는,
    최신으로 계산한 점화 시작 각도를 기준으로 소정의 크랭크 투스의 개수 만큼 전의 크랭크 투스에 이르기까지, 매 크랭크 투스마다 점화 시작 각도의 계산이 반복하여 이루어지고, 해당 크랭크 투스에 이르게 되면 가장 마지막으로 계산된 점화 시작 각도를 제2 점화 시작 각도에 근거하여 계산된 점화 시작 각도로 확정하는 것을 특징으로 하는 점화 시기 제어 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100471225B1 (ko) 2002-05-09 2005-03-08 현대자동차주식회사 차량의 점화시기 제어장치 및 방법

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